Грунты ледникового происхождения
Существует много свидетельств о том, что обширные пространства суши неоднократно покрывались льдом. Первый из таких ледниковых периодов относится к протерозойской эре — более 500 млн. лет назад. Ледниковые отложения этого времени в своем неизменном виде почти не сохранились и в силу своего малого распространения не представляют какой-либо важности с инженерной точки зрения. Совсем в другом положении оказываются ледниковые отложения четырех последних оледенений, охвативших период в миллион лет. Этот период (плейстоцен) непосредственно предшествовал современному. Отсюда возникла необходимость тщательного изучения этой эпохи и связанных с ней отложений.
В течение рассматриваемой эпохи произошло четыре последовательных оледенения, каждое из которых продолжалось около 100 000 лет. Между периодами оледенения имелись длительные межледниковые периоды, продолжавшиеся от 200000 до 300000 лет. В течение межледниковых периодов ледники отступали. Наиболее раннее из этих оледенений известно в Северной Америке как Небраскское (первое). За ним следовали Канзасское (второе), Иллинойсское (третье) и Висконсинское (четвертое). Последнее оледенение завершилось около 25 000 лет назад. На рис. 2.9 показаны области в Северной Америке, бывшие подо льдом в те или иные эпохи ледникового периода.
Более холодные периоды на земной поверхности, по-видимому, сменялись более теплыми. В течение холодных периодов обильные снегопады приводили к скоплению мощных толщ снега, уплотнявших своим весом ранее скопившийся здесь снег до состояния льда. Так образовались ледяные покровы толщиной в несколько тысяч футов. В летнее время некоторая часть поверхности льда стаивала, и талая вода скапливалась в трещинах ледникового покрова, где она впоследствии замерзала, увеличиваясь в объеме. Иногда высказывается мнение, что возникавшее при этом огромное давление являлось основной причиной движения ледников. Медленно перемещавшиеся ледники захватывали в своем движении отдельные глыбы скальных пород и другой обломочный материал, который встречался на его пути. При этом в процессе перемещения обломков пород шло их измельчение.
Области равнин могли быть полностью покрыты этим материалом, увлекаемым ледником при его таянии. Такие отложения получили наименование ледниковых отложений, тилля и иногда донной морены. В составе этих отложений можно встретить продукты любого размера, начиная от муки как продукта истирания горных пород до огромных валунов. При высоком содержании глины такие отложения относят к моренным, или валунным, глинам (тилль). В случае цементации продуктами химического выветривания пород, особенно при уплотнении льдом в последующие периоды оледенения, ледниковый тилль называется хардпэном и обычно представляет собой прекрасный материал в качестве основания для сооружений. Термин «хардпэн» зачастую используют неправильно, особенно буровые мастера при описании образцов из скважин, применяя его по отношению к сланцам и другим прочным породам в районах, где никогда не было никакого оледенения.
При своем перемещении ледник в конце концов достигал рубежа, где он начинал таять. Продукты разрушения пород, перенесенные ледником, выбрасываются здесь из его тела, образуя то, что принято называть конечной мореной. Талые воды уносят отсюда более мелкие продукты и откладывают их на поверхности аллювиальных равнин, сопредельных с границами оледенения. В связи с постоянным изменением положения ледникового языка и скорости течения талых вод, вытекавших непосредственно из тела ледника сначала в виде локальных потоков с превращением их в дальнейшем в полноводные реки, питавшие озера, создавались благоприятные условия для образования очень большого числа разновидностей ледниковых отложений. Более молодые покровные ледниковые отложения (в смеси песка и гравия) весьма разнородны по своей деформируемости и требуют тщательного изучения как основание тяжелых сооружений. Озера в конечных зонах аллювиальных равнин оказывались обычно заполненными тонкослоистыми ленточными глинами. Лента в этих глинах отвечала годовому циклу отложений в озере мелких частиц, приносимых в него талыми водами. В этом годовом цикле в период летнего таяния на дне озера осаждались более крупные пылеватые частицы. Мельчайшие глинистые частицы оставались в водах озера в подвешенном состоянии (в виде суспензии) более длительное время, и их осаждение происходило в течение зимы.
В районах, которые подвергались в последнее в геологическом смысле время многократному оледенению, создавались особо сложные формации грунтов. Так было в северной части центра США, что показано на карте (рис. 2.10). В течение межледниковых периодов поверхность ледниковых наносов подвергалась химическому выветриванию. Продукты такого выветривания, перешедшие в раствор, уносятся, а нерастворимая их часть остается на месте, образуя скопления липкой глины, имеющей название гумботил мощностью до 10 футов. Это свидетельствует о весьма медленном протекании процесса выветривания более 1000 лет на каждый дюйм мощности. В последующее время отложения гумботила могли быть местами перекрытыми эоловыми отложениями (лёссом), которые в свою очередь могли оказаться под покровом отложений более позднего оледенения, как это показано на рис. 2.11. Из рисунка видно, что торфяные болота могут быть перекрыты более поздними отложениями. Торф является предельно сжимаемым и может вызвать неравномерную осадку и даже разрушение зданий, возведенных на покрывающих торфяные залежи грунтах. Такое положение, в частности, возникло в Нью-Йорке на о. Манхеттен, вблизи Кэнл-стрит. В областях, бывших в прошлом под ледниками, всегда рекомендуется на местах проектируемых сооружений закладывать глубокие буровые скважины.
В таких районах можно встретить большое разнообразие нeоднородных по составу и опасных с инженерной точки зрения формаций грунтов.
